Регулирование процесса горения на паровых котлах

Обновлено: 17.05.2024

Введение

В современном мире трудно представить себе жизнь без использования топлива, причем не в первобытном смысле – путем сжигания и только, а с максимальным использованием его теплового потенциала. Имеется ввиду использование теплоты сгорания топлива для ведения технологических процессов а также в энергетических установках непосредственно или путем передачи ее с помощью промежуточного теплоносителя. Самые распространенные теплоносители – водяной пар и вода.

Водяной пар используют для отопления промысловых и жилых зданий и сооружений, для производства электроэнергии, вместе с горячей водой нагнетают в пласты при добыче нефти для увеличения нефтеотдачи месторождений, разогрева эксплутационных скважин, в паровых турбинах и машинах и т.д.

Можно долго перечислять сферы применения водяного пара, но в нашей работе стоит цель разобраться как получить промышленные количества водяного пара, как работает котельная установка, как происходит автоматическое регулирование котельных установок.

Понятие о котельной установке

Водяной пар соответствующего давления и температуры (или горячую воду заданной температуры) получают в котельной установке, представляющей собой совокупность устройств и механизмов для сжигания топлива и получения пара. Котельная установка состоит из одного или нескольких рабочих и резервных котельных агрегатов и вспомогательного оборудования, размещаемого в пределах котельного цеха или вне его. Общее представление о рабочем процессе котельного агрегата на жидком или газообразном топливе дает схема котельного агрегата с основными и вспомогательными устройствами.

Рисунок 1. Схема котельного агрегата

Жидкое или газообразное топливо по топливопроводам котельной 1 и котельного агрегата 2 подается в мазутные форсунки или газовые горелки 4 и по мере выхода из них сгорает в виде факела в топочной камере.

Стены топочной камеры покрыты трубами 5, называемыми топочными экранами. В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры газообразные продукты сгорания. Продукты сгорания снаружи омывают экранные трубы и излучением (радиацией) и частично конвективным путем передают теплоту воде и пароводяной смеси, циркулирующим внутри этих труб.

Продукты сгорания, охлажденные в топке до температуры 1000-1200°С, непрерывно двигаясь по газоходам котельного агрегата, омывают вначале разреженный пучок кипятильных труб 7, затем трубы пароперегревателя 9, экономайзера 12 и воздухоподогревателя 14, охлаждаются до температуры 150-200°С и дымососом 16 через дымовую трубу 17 удаляются в атмосферу.

Движение воздуха и продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата обеспечивается тяго-дутьевой установкой (вентилятор 15, дымосос 16 и дымовая труба 17).

Питательная вода (конденсат и добавочная предварительно подготовленная вода) после подогрева питательным насосом подается в коллектор 13 водяного экономайзера 12. В экономайзере вода нагревается до температуры, близкой к температуре кипения при давлении в барабане котла, а иногда частично испаряется в экономайзерах кипящего типа и направляется в барабан 8 котла, к которому присоединены трубы топочных экранов 5 и фестона 7. Из этих труб в барабан котла поступает образовавшаяся пароводяная смесь. В барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем направляется в сборный коллектор 11 и пароперегреватель 9, где он перегревается до заданной температуры. Перегретый пар из змеевиков пароперегревателя поступает в сборный коллектор 10. Отсюда он через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата 18 направляется в главный паропровод 19 котельной к потребителям. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой, по необогреваемым опускным трубам подводится к коллекторам 6 экранов и из них поступает в подъемные экранные трубы 5 и фестон 7, где частично испаряется образуя пароводяную смесь. Полученная пароводяная смесь снова поступает в барабан котла.

Последний элемент котельного агрегата по ходу газообразных продуктов сгорания – воздухоподогреватель 14. Воздух в него подается дутьевым вентилятором 15, и после подогрева до заданной температуры по воздухопроводу 3 направляется в топку.

Управление рабочим процессом котельных агрегатов, нормальная и бесперебойная их эксплуатация обеспечиваются необходимыми контрольно-измерительными приборами, аппаратурой и средствами автоматики.

Необходимость в тех или иных вспомогательных устройствах и их элементах зависит от назначения котельной установки, вида топлива и способа его сжигания. Основными параметрами котлов являются: паропроизводительность, давление и температура питательной воды, КПД.

Автоматическое регулирование котельных установок

Система автоматического регулирования котельных установок обеспечивает изменение производительности установки при сохранении заданных параметров (давления и температуры пара) и максимального КПД установки. Кроме того, повышает безопасность, надежность и экономичность работы котла, сокращает количество обслуживающего персонала и облегчает условия его труда. Автоматическое регулирование котла включает регулирование подачи воды, температуры перегретого пара и процесса горения. При регулировании питания котла обеспечивается соответствие между расходами воды, подаваемой в котел, и вырабатываемого пара, что характеризуется постоянством уровня воды в барабане.

Регулирование питания котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах средней и большой паропроизводительности с малым водяным объемом применяются двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара, а также трехимпульсные. Управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и перепаду давлений на регулирующем клапане.

Регулирование температуры пара осуществляется регулятором, управляемым датчиками изменения температуры перегретого пара на выходе из пароперегревателя, изменения температуры пара в промежуточном коллекторе пароперегревателя и изменения температуры газов в газоходе пароперегревателя, а иногда еще датчиком изменения давления пара.

Регулирование процесса горения в топке котла (в соответствии с расходом пара) осуществляется регуляторами подачи топлива II, воздуха III и регулятором тяги IV (см. рис 3.22). Регуляторы подачи топлива II и воздуха III управляются датчиком изменения давления перегретого пара I, а регулятор тяги IV – датчиком изменения разрежения в топке 7 котла.

Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах Текст научной статьи по специальности «Математика»

Аннотация научной статьи по математике, автор научной работы — Казаринов Лев Сергеевич, Игнатова Татьяна Александровна, Кинаш Александр Викторович, Колесникова Ольга Валерьевна, Шнайдер Дмитрий Александрович

Рассматривается способ автоматической оптимизации процесса горения в топке энергетического котла на основе прогнозного значения КПД котла, позволяющего понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения . Приводятся временные характеристики поиска оптимального значения КПД.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Operational regulation of combustion economy in power boilers

Method of automatic optimization of the combustion process in the power boiler furnace on the basis of prediction value of boiler coefficient of efficiency which allows reducing of inertance of automatic regulating system of economy of combustion process is examined. Time characteristics of search of optimal coefficient of efficiency value are given.

Текст научной работы на тему «Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах»

ОПЕРАТИВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ ГОРЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛАХ

Л.С. Казаринов, Т.А. Игнатова, А.В. Кинаш, О.В. Колесникова, Д.А. Шнайдер

Рассматривается способ автоматической оптимизации процесса горения в топке энергетического котла на основе прогнозного значения КПД котла, позволяющего понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения. Приводятся временные характеристики поиска оптимального значения КПД.

Ключевые слова: перовые котлы, энергетические котлы, процесс горения, оптимизация процесса горения, экономичность процесса горения, регулирование процесса горения.

Оптимизация экономичности процессов горения в топке энергетического котла является актуальной задачей, непосредственно связанной с минимизацией расхода топлива. Типовым подходом к решению данной задачи является регулирование соотношения «топливо-воздух» на входе топки котла по содержанию кислорода (02) в дымовых газах 3. Однако содержание 02 не является постоянным в процессе эксплуатации, так как его значение зависит от многих факторов: паровой нагрузки, качественного состава топлива, потерь теплоты с уходящими газами и др.

В этой связи представляется целесообразным осуществлять регулирование экономичности процесса горения по прямым показателям. Однако использование регулирования по прямым показателям экономичности котла обладает повышенной инерционностью. Этот недостаток особенно проявляется для котлов, работающих в условиях переменных характеристиках топлива. Подобные режимы характерны для котлов, в которых сжигаются вторичные энергетические ресурсы технологических производств.

В данной работе предлагается для оптимизации режима горения в топке котла использовать прогнозное значение КПД котла, которое позволяет понизить инерционность автоматической системы регулирования экономичности процесса горения.

1. Экстремальная автоматическая система регулирования экономичности процессов горения

Функциональная схема экстремальной автоматической системы регулирования экономичности процессов горения изображена на рис. 1. Система состоит из двух контуров. Внутренний контур образуют объект 1 регулирования и автоматический регулятор 2 подачи общего воздуха, действующий по упрощенной схеме пар Д, - воздух Св. Внешний контур составляет объект 1 регулирования, экстремальное устройство 3 с входным сигналом по прогнозной оценке показателя экономичности процесса горения фпр(4 а также устройство выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения 4 с входным сигналом по тепловой мощности 0вх(О, вносимой в топку котла с топливом, и сигналом Гвых(0, характеризующим значение выходной тепловой мощности, который в вариантном исполнении может измеряться;

• на выходе котла;

• на выходе барабана для барабанных котлов;

• как оценка тепловыделения в топке котла;

• как сигнал, пропорциональный тепловос-приятию топочных экранов.

Рис. 1. Функциональная схема экстремальной автоматической системы регулирования

Процесс автоматической оптимизации процесса горения в топке для энергетических котлов осуществляется следующим образом.

Автоматический регулятор 2 подачи воздуха (рис. 1) действует как регулятор соотношения рас-

Л.С. Казаринов, Т.А. Игнатова, А.В. Кинаш

О.В. Колесникова, Д.А. Шнайдер

ход пара £)„ - расход воздуха и обеспечивает в первом приближении оптимум этого соотношения в статике в соответствии с режимной картой энергетического котла при постоянном расходе топлива. Далее экстремальное устройство 3, действующее по принципу запоминания и оценки экстремума по приращению, устраняет возможную статическую неточность регулятора 2 при действии на экономичность процесса горения изменяющихся во времени факторов и выводит систему регулирования в область экстремума сигнала по прогнозной оценке показателя экономичности процесса горения фпр(/) путем принудительного изменения в заданных пределах расхода воздуха, поступающего в топку энергетического котла.

Схема устройства выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема устройства выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения

(•)/(•) - блок деления; От

На рис. 3 приведены типовые переходные функции, характеризующие динамические свойства энергетического котла и устройства выработки прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

На рис. 3 введены следующие обозначения: Ан(0 - нормированная переходная функция котла, определяемая по соотношению

ла импульса тепловой мощности <2т((); А£(0 -нормированная переходная функция, совпадающая с переходной функцией Ин(() в интервале [0;т] и равная единице при (>т; й£(/-т) - нормированная переходная функция, совпадающая с переходной функцией /?„(/) в интервале [т; оо).

Измерение прогнозной оценки показателя экономичности процесса горения в предлагаемом устройстве 4 (рис. 2) отличается от известных способов тем, что используется динамически синхронизированное отклонение сигнала выработки тепла на выходе котла к количеству тепла, внесенного в топку. Существующие подходы к решению данной задачи основаны, например, на использовании среднестатистической оценки показателя экономичности процесса горения:

среднее количество тепловой мощности, вносимой в топку котла с топливом за период наблюдения; 7В°РХ - значение сигнала, характеризующего среднее количество выходной тепловой мощности, выработанной за период наблюдения.

Данная оценка является инерционной и не может служить для целей оперативной оптимизации процесса горения в топке энергетического котла.

Использование для указанной цели оценки показателя экономичности процесса горения по текущим значениям сигналов

некорректно, так как импульс тепловой мощности на входе котла проходит на выход котла с динамическим запаздыванием. Поэтому оба сигнала 8ВХ(0 и Увых(/) являются динамически не синхронизированными.

Предлагается корректное измерение показателя экономичности процесса горения, основанное на динамической синхронизации сигналов процессов подачи теплой мощности с топливом на вход котла и выработки теплой мощности на выходе котла [4] в соответствии со схемой устройства на рис. 2:

где /г(0 - переходная функция котла по выходному сигналу Увых(/) при подаче с топливом на вход кот-

При этом величина тактового сдвига т выбирается исходя из условий обеспечения требуемой скорости сходимости процесса поиска оптимального соотношения топливо-воздух и заданной точности прогноза.

2. Результаты расчетов

Сравнительные временные характеристики поиска оптимального значения КПД, получаемые в соответствии с предлагаемым способом и способом, изложенным в [3], приведены на рис. 4.

Вестник ЮУрГУ, № 17, 2008

Оперативное регулирование экономичности горения в энергетических котлах_________________

показателя экономичности процесса горения, суммарный шаг поиска Тг по заявленному способу будет меньше интервала времени Т\. Т2 < Тх. В итоге быстродействие системы экстремального регулирования по заявленному способу будет выше. Эксперименты с котлом типа ТП-200-1, показали, что при величине шага Т\ = 2 мин величина шага Т2 соответствовала 0,8 мин.

Рис. 4. Сравнительные временные характеристики поиска оптимального значения КПД

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Для повышения эффективности процессов горения в топках энергетических котлов, работающих в резко выраженных динамических режимах, целесообразно использовать системы автоматической оптимизации по прямым показателям экономичности.

2. Использование в качестве критерия оптимизации прямых показателей экономичности, вычисляемых на основе статистических оценок, приводит к повышенной инерционности системы автоматического регулирования. Для решения быстродействия системы автоматической оптимизации целесообразно использовать прогнозные оценки показателей.

3. В работе предложена прогнозная оценка показателей экономичности, основанная на динамической синхронизации.

1. Плетнев, Г. П. Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций / Г. П. Плетнев. -М.: Энергоиздат, 1981. -368 с.

2.А. с. 735869 СССР. Способ автоматической оптимизации процесса горения в котле / В. Ю. Вадов, Ю. С. Денисов. - Опубл. 1980, Бюл. № 19.

3. А. с. 1064078 А СССР. Способ автоматической оптимизации процесса горения в топке барабанного парового котла / Г. П. Плетнев, А. Н. Лес-ничук, В. С. Мухин - Опубл. 1983, Бюл. № 48.

4.Казаринов, Л. С. Оперативное управление

технологическими процессами с прогнозом показателей энергетической эффективности / Л. С. Казаринов, Д. А. Шнайдер // Вестник ЮУр-ГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2008. — Вып. 8,

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Принципиальная схема технологического процесса, протекающего в барабанном паровом котле, показана на рис. 4.5.1. Топливо поступает через горелочные устройства в топку 7, где его сжигают обычно факельным способом. Для поддержания процесса горения в топку подают воздух в количестве Q_B. Его нагнетают с помощью вентилятора ДВ и предварительно нагревают в воздухоподогревателе 9.

Образовавшиеся в процессе горения дымовые газы Q_г отсасывают из топки дымососом ДС. Попутно они проходят через поверхности нагрева пароперегревателей 5, 6, водяного экономайзера 8, воздухоподогревателя 9 и удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Процесс парообразования протекает в подъемных трубах циркуляционного контура 2, экранирующих камерную топку и снабжаемых водой из опускных труб 3. Насыщенный пар G_б из барабана 4 поступает в пароперегреватель, где нагревается до установленной температуры за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. При этом температуру перегрева пара регулируют в пароохладителе 7 с помощью впрыска воды G_впр.

Основными регулируемыми величинами котла служат расход перегретого пара G_п.п, его давление P_п.п и температура t п.п . Расход пара является переменной величиной, а его давление и температуру поддерживают вблизи постоянных значений в пределах допустимых отклонений, что обусловлено требованиями заданного режима работы турбины или иного потребителя тепловой энергии.

Кроме того, следует поддерживать в пределах допустимых отклонений значения следующих величин:

уровня воды в барабане H_б — регулируют изменением подачи питательной воды G_П.В;

разрежения в верхней части топки S_T — регулируют изменением подачи дымососов, отсасывающих дымовые газы из топки;

Рис. 4.5.1. Принципиальная технологическая схема барабанного котла:

ГПЗ — главная паровая задвижка; РПК — регулирующий питательный клапан; 1 — топка; 2 — циркуляционный контур; 3 — опускные грубы; 4 — барабан; 5,6 — пароперегреватели; 7 — пароохладитель; 8 — экономайзер; 9 — воздухоподогреватель

4.6 Регулирование процессов горения и парообразования

Рис. 4.6.5 Принципиальная схема регулирования

давления пара перед турбиной:

1 — регулятор подачи топлива; 2 — регулятор частоты вращения (скорости); 3 — регулирующие клапаны турбины; 4 — регулятор давления; 5 — электропривод синхронизатора турбины

Принципиальная схема замкнутой АСР давления пара перед турбиной для рассматриваемого случая изображена на рис. 4.6.5, линия а. На этой схеме давление пара поддерживает регулятор давления 4, воздействующий на регулятор подачи топлива У, а частоту вращения ротора турбины — регулятор скорости 2.

В базовом режиме воздействие регулятора давления должно быть переключено на механизм управления регулирующими клапанами турбины 3 через электропривод синхронизатора турбины 5 (рис. 4.6.5 — линия б).

Регулирование группы котлов с общим паропроводом. Принципиальная схема регулирования для этого случая (схема с главным регулятором) изображена на рис. 4.6.7, а. Поддержание давления пара в общей магистрали вблизи постоянного значения в установившемся режиме обеспечивает подача заданного количества топлива в топку каждого котла. В переходном режиме, вызванном изменением общей паровой нагрузки, давление пара регулируют подачей топлива в каждый котел или часть из них. При этом могут быть два случая.

Все котлы работают в регулирующем режиме. Отклонение давления пара в общем паропроводе р_м приведет к появлению соответствующего сигнала на входе главного регулятора 3. Он управляет регуляторами подачи топлива всех котлов. Доля участия каждого из них в суммарной паровой нагрузке устанавливается с помощью задатчиков ручного управления (ЗРУ).

Часть агрегатов переводят в базовый режим отключением связей регуляторов подачи топлива с главным регулятором. Давление пара в общем паропроводе регулируют агрегаты, связи которых с главным регулятором не нарушены. Такое решение целесообразно при большом числе параллельно работающих котлов, когда нет необходимости держать все агрегаты в регулирующем режиме.

Рис. 4.6.7. Принципиальные схемы регулирования давления пара в общем паропроводе с главным регулятором (а) и стабилизацией расходов топлива (б):

1 — регулятор подачи топлива; 2 — регулятор частоты вращения турбины; 3 — главный регулятор давления пара; К₁,К₂ — котлы; Т₁, Т₂ — турбины

В первом случае обеспечивают равномерное распределение нагрузок со стороны потребителя пара между отдельными агрегатами, во втором — стабильность паровой нагрузки агрегатов, работающих в базовом режиме.

Проследим за работой АСР с главным регулятором при внутритопочных возмущениях. Предположим, что возмущение поступает по каналу подачи топлива.

Рис. 4.6.8 Регулирование подачи топлива по схеме «задание—теплота»:

а, б — структурная и функциональная схемы; I, II — внешний и внутренний контуры; 1 — регулятор давления пара; 2, 3 — регуляторы топлива; 4,5 — дифференциаторы

Регулирование экономичности процесса горения. Экономичность работы котла оценивают по КПД, равному отношению полезной теплоты, затраченной на генерирование и перегрев пара, к располагаемой теплоте, которая могла быть получена при сжигании всего топлива.

Способы и схемы регулирования. Основным способом регулирования избытка воздуха за пароперегревателем служит изменение его количества, подаваемого в топку с помощью дутьевых вентиляторов. Существует несколько вариантов схем автоматического управления подачей воздуха в зависимости от способов косвенной оценки экономичности процесса горения по соотношению различных сигналов.

1. Регулирование экономичности по соотношению топливо — воздух. При постоянном качестве топлива его расход и количество воздуха, необходимое для обеспечения требуемой полноты сгорания, связаны прямой пропорциональной зависимостью, устанавливаемой в результате режимных испытаний. Если измерение расхода топлива выполняют достаточно точно, то поддержание оптимального избытка воздуха можно реализовать, используя схему регулирования, известную под названием топливо — воздух (рис. 4.6.10, а). При газообразном топливе требуемое соотношение между количествами газа и воздуха осуществляют сравнением перепадов давлений на сужающих устройствах, устанавливаемых на газопроводе и на воздухоподогревателе р_вп или же на специальном измерительном устройстве расхода воздуха. Разность этих сигналов подается на вход автоматического регулятора экономичности, управляющего подачей дутьевых вентиляторов.

Непрерывное измерение расхода твердого топлива, как уже отмечалось, является нерешенной проблемой. Иногда расход пылевидного топлива оценивают, наример, по положению регулирующего органа (траверсы плоского контроллера), которое определяет лишь частоту вращения питателей, но не расход пыли. Такой способ регулирования не учитывает качественного изменения состава и расхода топлива, связанного с увеличением или уменьшением скорости транспортирующего воздуха или с нарушением нормальной работы питателей пыли. Поэтому применение схемы топливо — воздух оправдано лишь при наличии жидкого или газообразного топлива постоянного состава.

2. Регулирование экономичности по соотношению пар — воздух. На единицу расхода различного по составу топлива необходимо различное количество воздуха. На единицу теплоты, выделяющейся при сгорании разных видов топлив, требуется одно и то же его количество. Поэтому если оценивать тепловыделение в топке по расходу пара и изменять подачу воздуха в соответствии с изменениями этого расхода, то в принципе можно достичь оптимального избытка воздуха.

3. Этот принцип регулирования подачи воздуха используют в схеме пар — воздух (рис. 6.6.10, б).

Регулирование экономичности по соотношению сигналов теплота — воздух (рис.6.6.10, в). Если тепловыделение в топке Qт' оценивать по расходу перегретого пара и скорости изменения давления пара в барабане, то инерционность этого суммарного сигнала (G_q, см. рис. 6.6.4, а) при топочных возмущениях будет существенно меньше инерционности одного сигнала по расходу пара Q _{п п}

Рис. 4.6.10. Регулирование подачи воздуха по соотношению:

а — топливо — воздух; б — пар — воздух; в — теплота — воздух; г — нагрузка — воздух с коррекцией по О₂; 1 — регулятор подачи воздуха; 2 — регулирующий орган; 3 — дифференциатор; 4 — корректирующий регулятор воздуха; 5 — корректирующий регулятор давления перегретого пара (регулятор задания по нагрузке)

Соответствующее заданному тепловыделению количество воздуха измеряют по перепаду давлений на воздухоподогревателе или по давлению воздуха в напорном патрубке вентилятора. Разность этих сигналов используют в качестве входного сигнала регулятора экономичности.

4. Регулирование экономичности по соотношению задание — воздух с дополнительным сигналом по содержанию О₂ в дымовых газах (рис. 4.6.10, г). Содержание О₂ в продуктах сгорания топлива характеризует избыток воздуха и слабо зависит от состава топлива. Следовательно, использование О₂ в качестве входного сигнала автоматического регулятора, воздействующего на расход воздуха, вполне целесообразно. Однако реализация этого способа затруднена из-за отсутствия надежных и быстродействующих газоанализаторов кислорода. Поэтому в промышленных условиях получили распространение схемы регулирования подачи воздуха не с прямым, а с корректирующим воздействием по О₂.

Поддержание избытка воздуха по соотношению сигналов теплота — воздух и в особенности пар — воздух отличается простотой и надежностью, но не является точным. Этого недостатка лишена, например, система регулирования экономичности, действующая по схеме задание — воздух с дополнительной коррекцией по О₂. В системе в целом совмещают принципы регулирования по возмущению и отклонению. Регулятор подачи воздуха I изменяет его расход по сигналу от главного или корректирующего регулятора давления 5, являющегося автоматическим задатчиком регулятора по нагрузке котла. Сигнал, пропорциональный расходу воздуха р_вп, действует, как и в других схемах:

во-первых, устраняет возмущения по расходу воздуха, не связанные с регулированием экономичности (включение или отключение систем пылеприготовления и т.п.);

во-вторых, способствует стабилизации самого процесса регулирования подачи воздуха, так как служит одновременно сигналом жесткой отрицательной обратной связи.

Введение дополнительного корректирующего сигнала по содержанию О₂ повышает точность поддержания оптимального избытка воздуха в любой системе регулирования экономичности. Добавочный корректирующий регулятор 4 по О₂ в схеме регулирования задание — воздух управляет подачей воздуха при топочных возмущениях и непосредственно обеспечивает поддержание заданного избытка воздуха в топке.

Кривая изменения сигнала по разрежению верхней части топки S_T, при возмущении расходом топочных газов приведена в [26]. Участок по разрежению не имеет запаздывания, обладает малой инерционностью и значительным самовыравниванием. Отрицательным свойством участка являются колебания регулируемой величины около среднего значения S_т' с амплитудой до 30. 50 Па (3. 5 мм вод. ст.) и частотой до нескольких герц.

Такие колебания (пульсации) зависят от большого числа факторов, в частности от пульсаций расходов топлива и воздуха. Они затрудняют работу регулирующих приборов, в особенности имеющих релейные усилительные элементы, вызывая их слишком частые срабатывания.

Для сглаживания пульсаций перед первичными измерительными приборами устанавливают специальные демпфирующие устройства: дроссельные трубки и шайбы, импульсные трубы повышенного диаметра или промежуточные баллоны (емкости). Для этого используют также электрический демпфер, имеющийся в электрических схемах измерительных блоков регулирующих приборов [21].

Способы и схемы регулирования. Регулирование разрежения обычно осуществляют посредством изменения количества уходящих газов, отсасываемых дымососами. При этом их подачу можно регулировать:

• поворотными многоосными дроссельными заслонками (см. рис. П.2, д);

• направляющими аппаратами (см. рис. П.7);

• гидромуфтами, изменяя число оборотов рабочего колеса дымососа (см. рис. П.6), или первичным двигателем, меняя частоту вращения.

Сравнение различных способов регулирования по удельным расходам электрической энергии на привод дымососов показано на рис. П.8.

Рис. 4.6.11. АСР разрежения в топке

Наибольшее распространение получила схема регулирования разрежения с одноимпульсным ПИ-регулятором, реализующая принцип регулирования по отклонению (рис. 4.6.11).

Требуемое значение регулируемой величины устанавливают с помощью ручного задатчика ЗРУ регулятора разрежения 1. При работе котла в регулирующем режиме часто происходят изменения тепловой нагрузки и, следовательно, изменения расхода воздуха. Работа регулятора воздуха 2 приводит к временному нарушению материального баланса между поступающим воздухом и уходящими газами. Для предупреждения этого нарушения и увеличения быстродействия регулятора разрежения рекомендуют ввести на его вход дополнительное исчезающее воздействие от регулятора воздуха через устройство динамической связи 3.

В качестве устройства динамической связи используют апериодическое звено, выходной сигнал которого поступает на вход регулятора разрежения лишь в моменты перемещения исполнительного механизма регулятора воздуха.

Регулирование давления первичного воздуха. Скорости пылевоздушной смеси в пылепроводах к горелкам у котлов с промбункером должны изменяться лишь в определенных пределах независимо от паровой нагрузки и суммарного расхода воздуха. Это ограничение необходимо соблюдать из-за опасности забивания пылепроводов и по условиям поддержания должных скоростей первичного воздуха в устье горелок.

Регулирование подачи первичного воздуха в пылепроводы осуществляют с помощью регулятора, получающего сигнал по давлению воздуха в коробе первичного воздуха и воздействующего на подачу вентилятора первичного воздуха или на дроссельные заслонки, установленные на подводах общего воздуха в короб первичного воздуха.

Кривая переходного процесса по давлению первичного воздуха в общем коробе приведена в [26].

4.6.1 Регулирование перегрева пара барабанных котлов

Температура перегрева пара на выходе котла относится к важнейшим параметрам, определяющим экономичность и надежность работы паровой турбины и энергоблока в целом. В соответствии с требованиями ПТЭ допустимые длительные отклонения температуры перегрева

исчезает в установившемся режиме. Для формирования исчезающего сигнала обычно используют реальное дифференцирующее звено.

Приближение точки впрыска к выходу пароперегревателя уменьшает инерционность участка и, следовательно, улучшает качество процессов регулирования. В то же время это приводит к ухудшению температурного режима металла поверхностей нагрева, расположенных до пароохладителя. Поэтому на мощных энергетических котлах с развитыми пароперегревателями применяют многоступенчатое регулирование. С этой целью по ходу пара устанавливают два и более впрыскивающих устройств, управляемых автоматическими регуляторами температуры.

Это позволяет более точно регулировать температуру пара на выходе из котла и одновременно защитить металл предвключенных ступеней пароперегревателя.

Автоматический регулятор на выходе каждой ступени также действует по двухимпульсной схеме: с основным сигналом по отклонению температуры пара на выходе и дополнительным исчезающим сигналом по температуре пара после пароохладителя. При наличии нескольких потоков пара регулирование температуры первичного перегрева осуществляют раздельно. Установку автоматических регуляторов предусматривают на каждом из паропроводов.

4.8 Регулирование питания паровых котлов

Принято, что максимально допустимые отклонения уровня воды в барабане составляют ±100 мм от среднего значения, установленного заводом-изготовителем. Среднее значение уровня может не совпадать с геометрической осью барабана. Максимально допустимые отклонения уточняют в процессе эксплуатации. Снижение уровня за пределы водомерного стекла, устанавливаемого на барабане, считается «упус- ком» воды, а превышение его верхней видимой части — «перепит- кой». Расстояние между этими критическими отметками 400 мм.

Снижение уровня до места присоединения опускных труб циркуляционного контура может привести к нарушению питания и охлаждения водой подъемных труб. Следствием этого может быть нарушение прочности труб в местах стыковки с корпусом барабана, а в наиболее тяжелом случае — пережог. Чрезмерное повышение уровня может привести к снижению эффективности работы внутрибарабанных сепарационных устройств и преждевременному заносу солями пароперегревателя. Перепитка барабана и заброс частиц воды в турбину являются причиной тяжелых механических повреждений ее ротора и лопаток. Снабжение барабана водой осуществляют по одной и реже по двум ниткам трубопроводов питательной воды, одна из которых служит резервной.

Способ автоматического регулирования процесса горения в топках паровых котлов

В известных способах автоматического регулирования процесса горения в топках паровых котлов, согласно которым необходимый для горения воздух подают в топку по импульсу, характеризующему соотношение тепловой нагрузки котла и количества воздуха, подаваемого в топку, величину указанного соотношения корректируют вручную.

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что величину соотношения тепловой нагрузки котла и количества воздуха, подаваемого в топку, корректируют автоматически при помощи регулятора воздуха, получающего импульс от измерителя содержания кислорода в продуктах сгорания.

Такой способ автоматического регулирования повышает экономичность процесса горения путем поддержания оптимального содержания кислорода в продуктах сгорания.

На чертеже приведена схема автоматического регулирования процесса горения по импульсу, характеризующему соотношение тепловой нагрузки котла и количества воздуха, подаваемого в топку, с корректирующим регулятором содержания кислорода в продуктах сгорания.

Главный регулятор 1, измеряющий давление пара в общей магистрали котельной, создает командный импульс, соответствующий общему потреблению пара в котельной. Регулятор 2 тепловой нагрузки каждого из котлов, получающий импульсы от главного регулятора 1, от дифф»ренциального манометра 8, по величине расхода пара нз котла и от манометра 4, по первой производной по времени давления пара в бар»бане котла, управляет подачей топлива через питатель 5 так, чтобы поддержать тепловую нагрузку котла в соответствии с командным заданием главного регулятора 1. Регулятор воздуха 6 измеряет расход воздуха и управляет его подачей, воздействуя на í"..ïðàâë.ÿþùèé аппарат 7 дутьевого вентилятора с таким образом, чтобы поддержать заданное № 121900 соотношение между подачей воздуха и общим командным заданием главного регулятора 1. При этом это соотношение устанавливается регулятором кислорода 9 автоматически, обеспечивая в конце процесса регулирования заданное содержание кислорода в продуктах сгорания.

Разрежение в топке поддерживается регулятором 10, получающим импульсы от дифференциального тягомера, не показанного на чертеже, и от главного регулятора 1 и воздействующего на исполнительный механизм 11 дымососа 12.

Комитет по делам изобретений н открытий ирн Совете Министров СССР

Редактор Е. Г, Гончар Ip. 4 1

Подп, и печ 16.XI-59 г.

Тираж 64G Цена 25 кс=,:

06ъем G,17 п. л, 3ак. 9548

Типографии Комитета по. селам изобретений и открытий ири Совете Министров CCCP

Москва, Петровка, 14.

Способ автоматического регулирования процесса горения в топках паровых котлов, согласно которому необходимый для горения воздух подают в топку по импульсу, характеризующему соотношение тепловой нагрузки котла и количества воздуха, подаваемого в топку, о т л и ч а ющ и Й с я тсм, что, с цель1О повышения экОнОмичнОсти пропесса Горения путем поддержания оптимального содержания кислорода в продуктах сгорания, величину указанного соотношения корректируют автоматически при помощи регулятора воздуха, получающего импульс от измерителя содержания кислорода в продуктах сгорания.

Способ автоматического регулирования режима горения в топке котла

Изобретение предназначено для использования в области теплоэнергетики. Способ автоматического регулирования режима горения в топке котла осуществляется путем постоянного измерения содержания окиси углерода посредством датчика в газовом тракте дымохода в целях корректировки подачи воздуха к горелкам и более экономичного способа сжигания топлива. Изобретение позволяет осуществить экономию электроэнергии, улучшить работу котлоагрегатов с экологической точки зрения. 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к автоматическому регулированию процесса горения в топке котлоагрегата.

Известен способ автоматического регулирования подачи воздуха в топку котла путем измерения сигналов по расходам топлива, воздуха и избытка воздуха в двух режимах работы котла и с учетом полученных сигналов определяют стандартные параметры, по которым корректируют сигнал по избытку воздуха в котле.

RU ПАТЕНТ № 1332104, МПК F 23 N 1/02, 23.08.1987.

Недостатками известного способа являются низкие эксплуатационные характеристики, конструктивная и технологическая сложность системы, реализующей данный способ регулирования, низкая надежность работы системы.

Задачи, на решения которых направлено предлагаемое изобретение, - повышение надежности, экономичности и оптимизации процессов горения топлива в топках котлоагрегатов.

Данный способ автоматического регулирования режима горения в топке котла заключается в том, что посредством датчика, установленного непосредственно в газовом тракте дымохода, непрерывно измеряется содержание окиси углерода в дымовых газах. Выходной сигнал с газоанализатора пропорционален содержанию окиси углерода в дымовых газах и совместно с выходным сигналом (уставкой) задатчика формируется сигнал управления на блок частотного преобразователя электродвигателя дымососа и (или) вентилятора подачи воздуха в топку котлоагрегата, постоянно поддерживая содержание окиси углерода в дымовых газах в количестве: СО = 0,1 - 0,2%.

На чертеже представлена система, реализующая предложенный способ регулирования.

Система содержит электродвигатель (блок №1), электрически связанный с частотным преобразователем (блок №2), и задатчик (блок №3), который формирует сигнал уставки. Текущий сигнал содержания СО в дымовых газах измеряется датчиком (блок №5), установленным в газовом тракте дымохода, и преобразуется в унифицированный сигнал газоанализатором (блок №4), например ИНТ-2.

Принцип работы системы, реализующий данный способ регулирования, следующий.

Необходимое соотношение “топливо-воздух” в процессе эксплуатации котлоагрегата задается блоком задатчика (блок №3) и сравнивается с текущим значением, поступающим от газоанализатора. Разностный сигнал формируется в блоке частотного преобразователя (блок №2), который с помощью изменения частоты выходной силовой сети плавно управляет электродвигателем привода дымососа и (или) вентилятора (блок №1) подачи воздуха в топку котлоагрегата. Газоанализатор в виде вторичного прибора (блок №4) и датчика для измерения содержания окиси углерода (блок №5), находящийся в тракте дымовых газов, в непрерывном режиме регистрирует изменения содержания окиси углерода в дымовых газах и совместно с задатчиком (блок №3) формирует сигналы блоку частотного преобразователя (блок №2), который в свою очередь плавно изменяет работу исполнительных механизмов для коррекции подачи воздуха в горелки, поддерживая содержание СО в дымовых газах в пределах 0,1 - 0,2%. Как показывает практика, наиболее эффективным процессом сжигания топлива является процесс горения, когда в дымовых газах содержание СО находится в пределах 0,1-0,2%.

В отличие от других схем регулирования, которые управляют шиберами или заслонками, при данном способе осуществляется плавное управление работой технологического электрооборудования, отсутствуют большие пусковые токи и оптимально ведется процесс работы котлоагрегатов различного типа.

Данный способ автоматического регулирования работы котлоагретатов отвечает самым высоким санитарно-экологическим требованиям и обеспечивает экономию топлива и электроэнергии в системах теплоснабжения городов и поселков.

Способ автоматического регулирования режима горения в топке котла путем измерения сигналов по расходу топлива и воздуха, подающихся на задатчик, отличающийся тем, что в процессе эксплуатации посредством датчика, установленного в газовом тракте дымохода, непрерывно измеряют содержание окиси углерода в дымовых газах и совместно с задатчиком формирует сигналы на управляющий блок в виде частотного преобразователя для плавного управления электродвигателем дымососа и (или) вентилятора, постоянно поддерживая содержание окиси углерода в дымовых газах в количестве 0,1-0,2%.

Читайте также: